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【海水化淡大突破】解決純淨水供應問題

Sydney's desalination plant Source: John Holland

地球上大約有近 97% 的水資源是海水及其他鹹水。因此,淡水資源將在 21 世紀變得更加珍貴和稀有。

現時,全球不少科學家都致力研究海水淡化技術,希望可以解決全球淡水資源和供應問題。

今年,澳洲著名大學 Monash University 發表一項研究報告,研發出太陽能海水化淡技術,只需 30 分鐘就能達到海水化淡的效果;所需能源更少,效果更著。

張艾利在今集的時事百寶箱和大家分享,物料科學和太果陽能如何應用在海水淡化技術上,為人類帶來更多潔淨而安全的飲用水。


要點:

  • 海水佔地球的全部水量約 96.5%,但人類基本的需求是淡水而非海水。
  • 人類之所以不能直接飲用海水,是由於濃度偏高的海水可能會造成人體細胞受損。
  • 科學團隊成功研究新技術,快速又環保地將海水化淡。

作為太陽系九大行星之一的地球,充滿許多神祕之處。人類的遠古祖先最早是誕生於海洋之中,經過億萬年的進化逐漸來到陸地。

但奇怪的是,從海洋進化而來的人類卻不能直接飲用海水,這是因為海水是名副其實的「液體礦產」。

原來,平均每立方米的海水中有 0.0357 噸的礦物質,其礦物質含量遠遠超過人體可承受的標準。如果人類大量飲用海水,會破壞人體正常的生理功能,嚴重時還會引起中毒。

有人把地球稱為「水球」,因為它基本上有 71% 的表面被水所覆蓋。而海水佔地球的全部水量約 96.5%,但是人類基本的需求是淡水,而不是海水。

人類之所以不能直接飲用海水,除了是因為海水口感不好,讓舌頭及喉嚨難受之外,濃度偏高的海水也可能造成人體細胞受損;而海水複雜的成分也會影響人類身體的健康。

不過,目前要興建海水化淡廠成本高昂,而且要處理化淡過程的副產品(例如鹽和雜質)的部分也不簡單,所以對於開發中的國家與偏鄉地區來說,屬於極大的挑戰。

若是採用蒸發技術,以高溫脫鹽,需要消耗大量能源,而且清洗機件等工序花費浩大。

Palm Island sunset
NITV

其實,海水的含鹽度高低,實際上與海域所處的地理位置、氣候環境、和沿岸周邊環境等因素有直接關係。

據世界衛生組織(WHO)資料,全世界約有 20 億人每天沒有純淨飲用水供應。

若是喝到污染的水,也會有罹患霍亂、痢疾等疾病風險。這種狀況將有可能持續,預計 2025 年後逐漸惡化,足以顯示純淨水對人類的重要性 。

今年,澳洲 Monash University 的科學家團隊,就發表了一項全新的太陽能海水淡化技術,可以快速又環保地將海水化淡,過濾水裡的鹽份和污染物,消耗的能源也比過去的技術少。

今次開發的太陽能海水化淡技術,由研究團隊自行研發的 PSP-MIL-53 的新型 MOFs (metal-organic framework),可以捕捉海水和鹹水裡面的鹽與雜質,過濾水中含有的污染物,從而生產大量淡水使用。 

MOFs 屬於一種透過物料科學製造的材料,可以在 30 分鐘內吸收各種分子與粒子,過濾後的水質達到世界衛生組織 (WHO) 的指定標準,令人類可放心飲用。

此外,清洗的方法也十分的簡便快捷,僅需放在陽光下 4 分鐘就能重複使用。

MOFs 是一種經常應用於碳捕捉、各式電池電極與催化劑,具有超高覆蓋表面積,若將一茶匙的 MOF 攤平,面積可覆蓋接近足球場差不多大的表面。

the Victorian Desalination Project

研究團隊將 MOFs 放入水中、曝曬陽光後,只要 30 分鐘左右,就可將水中總溶解固體從 2,233ppm 降至 500ppm 以下,比世界衛生組織建議的安全飲用水標準 600ppm 還低。

研究人員又指出,1 公斤的 MOFs 每天能生產 139.5 公升的淡水。

Monash University 研究團隊認為, MOFs 可持續應用於未來海水化淡的研究技術上。

今次大學這項研究,成功地證明 MOFs 是一種節約能源的物料。這種對陽光有反應的科學材料,有可能進一步實現應用於提取礦物及其他再生能源上。


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